一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法技术

本发明专利技术公开了一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法，采用纤维素纳米晶须分散在有机溶剂中，在催化剂的作用下，添加改性剂，实现纤维素纳米晶须表面疏水化改性。所述纤维素纳米晶体须、改性剂以及催化剂的质量配比为1g：(0.5g～2g)：0.02g。本发明专利技术制备工艺简单，时长短高效率，所制得的改性纤维素纳米晶须具有粒径可控、易分散、表面极性有效降低的特点，有效地改善了其与疏水性生物可降解材料聚丁二酸丁二醇酯及其衍生物之间的界面相容性，在纳米复合材料、组织工程材料等领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法
本专利技术属于生物质高分子材料改性与利用
，具体是涉及一种纤维素纳米晶须表面酯化改性方法。
技术介绍
纤维素纳米晶须来源于天然纤维素，具有高度的结晶结构和极大的比表面积，加之具有天然纤维素轻质、可降解、生物相容及可再生等特性被证明可应用在包装、食品、化妆品、医学等领域。但由于纤维素纳米晶须比表面积极大，表面羟基十分丰富，极性强，粒子之间很容易通过氢键作用而团聚，这使得纤维素纳米晶须和很多疏水性基体材料之间的相容性较差，从而很大程度上限制了其使用范围，因此，需要对制备的纤维素纳米晶须进行疏水化改性以拓展它的应用范围。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种纤维素纳米晶须表面疏水化改性方法及其制备方法，本专利技术采用相似相容的原则，选取与聚丁二酸丁二醇酯结构类似的改性剂对纤维素纳米晶须表面疏水化，其改性目是进一步扩大生物可降解材料PBS及其衍生物的使用范围，成功实现绿色材料的循环利用。具有制备工艺简单，快速高效。所用的纤维素原料与改性剂成本较低；所制得的改性纤维素纳米晶须具有粒径可控、易分散、表面极性有效降低的特点，有效地改善了其与生物可降解材料聚丁二酸丁二醇酯及其衍生物之间的界面相容性，成功的实现了绿色高分子材料在自然界的循环利用，在纳米复合材料、组织工程材料等领域具有广阔的应用前景。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法，采用纤维素纳米晶须分散在有机溶剂中，在催化剂的作用下，添加改性剂，实现纤维素纳米晶须表面疏水化改性。所述纤维素纳米晶须、改性剂以及催化剂的质量配比为1g：(0.5g～2g)：0.02g。所述的纤维素纳米晶须的平均长度为300nm～500nm,平均直径为10～50nm。所述的有机溶剂采用无水吡啶，改性剂采用丁二酸酐，催化剂采用对二甲基吡啶。具体步骤为：1）在疏水化改性过程前，将1g纤维素纳米晶须分散于20ml有机溶剂中，并超声处理20～30分钟，超声功率为20～40KHz。2）疏水化改性过程中，将通过步骤1）处理后的溶液置于反应气氛为氮气，反应温度80～90℃的环境中反应时间为3～5小时，之后向溶液中添加0.5～2g改性剂和0.02g催化剂形成悬浊液。3）疏水化改性过程后，将通过步骤2）反应后的悬浊液弃去上层清液，得到下层悬浮液，然后依次用丙酮和去离子水洗涤悬浮液后再次离心分层进行固液分离，重复3～5次，最终以冷冻干燥的方式制得表面疏水化改性后的纤维素纳米晶须；冷冻干燥温度为-50℃，压力为5Pa，时间为18小时；离心分离时间10分钟，离心机转速为12000r/min。本专利技术的有益效果为：本专利技术与现有技术相比具有以下显著特点:（1）本专利技术所提取出的制备工艺简单易操作，所用的原料纤维素成本低廉，整个制备过程不需要昂贵的设备，采用酯化改性可一步法即可制备出疏水化改性的纤维素纳米晶须，缩短了制备周期，适合于工业化规模生产。（2）本专利技术所制得的表面疏水化改性的纤维素纳米晶须具有尺寸小，易于调控，且表面带有很多酯基，与生物可降解材料PBS及其衍生物具有类似的结构，有效地避免了纯纤维素纳米晶须在基质中发生自团聚，可进一步其增强其界面相容性，扩大绿色可降解复合材料的应用领域。附图说明图1是本专利技术实施例1-4中疏水化改性后的纤维素纳米晶须场发射扫描电子显微镜图；图2是本专利技术实施例1-4中改性前、后纤维素纳米晶须的红外光谱图；图3是本专利技术实施例1-4中改性前、后纤维素纳米晶须的接触角变化图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1。本实施例的一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法，包括如下步骤：1)将1g纤维素纳米晶须分散到20ml无水吡啶中，并在20KHz下超声处理20分钟。2）之后向溶液中加入0.5g丁二酸酐和0.02g对二甲基吡啶，在氮气保护，80℃油浴下反应3h；(3)待反应结束后，将所得的悬浊液倒入到丙酮中沉淀，弃去上层清液，得到下层悬浮液，分别用丙酮和去离子水洗涤悬浮液后再次离心分层，重复3～5次，将洗涤后的悬浮液进行冷冻干燥得到疏水化改性后的纤维素纳米晶须，冷冻干燥温度为-50℃，压力为5Pa，时间为18小时；离心分离时间10分钟，离心机转速为12000r/min。本实施例的疏水化改性得到的改性纤维素纳米晶须的形貌，疏水性的各项性能采用如下指标进行检测表征：(1)热场发射扫描电子显微镜（EDS/EBSD）分析采用德国vltra55热场发射扫描电子显微镜观察样品的形貌尺寸。将纤维素纳米晶须用无水乙醇稀释至1000倍，取一滴悬浮稀释液，滴在硅片的抛光面上，在红外灯下烤干，于场发射扫描电镜下进行形貌观察。（2）红外光谱（FTIR）分析样品的红外光谱图通过美国Nicolet5700红外光谱仪上测定。采用KBr压片法，取约2mg样品研磨，然后加入200mg左右KBr充分研磨，制成透明薄片扫描红外光谱，波数范围400～4000cm-1，扫描32次。（3）接触角测试改性后纤维素纳米晶须的接触角采用视频光学接触角测量仪（OCA20,德国Dataphysics公司）在环境温度20℃的条件下测定。先将改性前后纤维素纳米晶须压片，使其表面平整。测量时，将滴液针头在待测样品表面3mm处垂直，小心地将体积约为3μl的去离子水滴滴在样品表面，形成座滴。每个样品取5个不同的点进行测试，最后取算术平均值得出该材料的接触角。本实例改性后纤维素纳米晶须形貌如图1场发射扫描电镜所示，通过image-pro软件测量其长度为200～500nm,直径20～50nm，改性前后纤维素纳米晶须的红外谱图结果如图2中a所示，其横坐标是波数，纵坐标是百分透过率，可看出在1739cm-1处出现了新的吸收峰，这是接枝到纤维素纳米晶须表面的丁二酸酐生成的酯键和生成的羧基中的羰基伸缩振动峰。改性前后纤维素纳米晶须的接触角如图3所示，其纵坐标是接触角大小，横坐标为不同比例丁二酸酐改性纤维素纳米晶须的种类，可看出丁二酸酐改性后的纤维素纳米晶须较未改性的纤维素纳米晶须其疏水性有明显提高,接触角由55°增大至60.1°。本专利技术通过上述表征方法，可以说明制备出表面疏水化改性的纤维素纳米晶须形貌尺寸并未发生显著变化，丁二酸酐成功接枝到纤维素纳米晶须表面，疏水性得到明显改善。本实施例所提取出的制备工艺简单易操作，所用的原料纤维素成本低廉，整个制备过程不需要昂贵的设备，采用酯化改性可一步法即可制备出疏水化改性的纤维素纳米晶须，缩短了制备周期，适合于工业化规模生产。其次本实施例所制得的表面疏水化改性的纤维素纳米晶须具有尺寸小，易于调控，且表面带有很多酯基，与生物可降解材料PBS及其衍生物具有类似的结构，有效地避免了纯纤维素纳米晶须在基质中发生自团聚，可进一步其增强其界面相容性，扩大绿色可降解复合材料的应用领域。实施例2本实施例的一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法，包括如下步骤：1）将1g纤维素纳米晶须分散到20ml无水吡啶中，并在35KHz下超声处理25分钟。2）之后向溶液中加入1g丁二酸酐和0.02g对二甲基吡啶，在氮气保护，85℃油浴下反应3.5h；3）待反应结束后，将所得的悬浊液倒入到丙酮中沉淀，弃去上层清液，得到下层悬浮液，分别用丙酮和去离子水洗涤悬浮液后再次离心分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法，其特征在于：采用纤维素纳米晶须分散在有机溶剂中，在催化剂的作用下，添加改性剂，实现纤维素纳米晶须表面疏水化改性。所述纤维素纳米晶须、改性剂以及催化剂的质量配比为1g：(0.5g～2g)：0.02g。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法，其特征在于：采用纤维素纳米晶须分散在有机溶剂中，在催化剂的作用下，添加改性剂，实现纤维素纳米晶须表面疏水化改性。所述纤维素纳米晶须、改性剂以及催化剂的质量配比为1g：(0.5g～2g)：0.02g。2.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法，其特征在于，所述的纤维素纳米晶须的平均长度为300nm～500nm,平均直径为10～50nm。3.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法，其特征在于，所述的有机溶剂采用无水吡啶，改性剂采用丁二酸酐，催化剂采用对二甲基吡啶。4.根据权利要求1所述的一种纤维素纳米晶须疏水化改性方法，其特征在于，具体步骤为：1)在疏...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴灿清，张须臻，李新安，王秀华，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33